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Cómo decide el cerebro que su dueño se mueva

Un experimento con ratones en un laberinto muestra cómo funciona el sistema de codificación


Científicos de Noruega, entre ellos dos premios Nobel en 2014, han observado cómo codifica el cerebro los próximos movimientos de su dueño. Experimentando con ratones en un laberinto, han determinado qué áreas cerebrales se activan, y cómo, al tomar la decisión de moverse.





Laberinto en T continuo. Fuente: AlphaGalileo.
Laberinto en T continuo. Fuente: AlphaGalileo.
¿Es posible acceder a la señalización en el cerebro para averiguar dónde irá una persona a continuación? Hiroshi Ito, un investigador del Instituto Kavli de Neurociencia de Sistemas de la Universidad Noruega de Ciencia y Tecnología (NTNU), puede decir que sí. Ito acaba de publicar una descripción de cómo sucede ésto en la edición de esta semana de Nature.

Ito y sus colegas, incluyendo a sus supervisores, los Nobel de 2014 May-Britt y Edvard Moser, tomaron una muestra de una vía neural específica para averiguar si se trata de la ubicación del mecanismo que permite a los animales codificar su plan para ir de un lugar a otro. Su estudio confirma que esta vía, la corteza prefrontal medial a través de un núcleo talámico en el hipocampo, lo hace.

Los investigadores diseñaron un estudio que ayudará a entender mejor cómo funciona esta vía de señalización. Entrenaron a ratas para moverse en un laberinto en T continuo.

"Descubrimos que la diferencia de fuerza con que se activaban las neuronas específicas predecía con precisión la trayectoria que el animal elegía", dice Ito en la nota de prensa de la NTNU, recogida por AlphaGalileo.

Mientras las ratas corrían por el laberinto, se les realizaban registros electrofisiológicos de la corteza prefrontal, el tálamo y el hipocampo. Los investigadores analizaron la actividad de las neuronas mientras la rata estaba en el tallo del laberinto, donde tenía que decidir si ir a la izquierda o hacia la derecha en el próximo cruce.

La decisión

Los investigadores saben que hay vías desde la corteza prefrontal a través del tálamo a la zona CA1 del hipocampo. Sin embargo, no hay un vínculo a la zona CA3 inmediatamente adyacente a CA1 (que está también en el hipocampo). Ante esto, los investigadores primero evaluaron si podían detectar una diferencia en la codificación entre las dos áreas que reflejara la trayectoria que la rata elegiría posteriormente. Hubo una clara diferencia. El CA1 mostró mucho más codificación para cualquier elección venidera que el CA3.

El código era visible por la intensidad del disparado, aunque no en qué célula se producía. Para entender cómo funciona esto, hay que pensar, según los investigadores, en un coro en el que todos cantan la misma canción, pero donde las voces que son más fuertes en un mismo punto de la canción cambian durante las diferentes actuaciones.

Las palabras, melodía, y cantantes son los mismos, pero el cambio en el volumen de cada voz cambia la actuación. Ya que están familiarizados con "el coro", los investigadores buscaron al director, que se encuentra en la corteza frontal.

El director

Los investigadores ya sabían que el código para la elección de la trayectoria se podría encontrar en CA1. Los investigadores del Instituto Kavli mostraron que un código similar está presente en el núcleo reuniens (NR) del tálamo, así como en el cingulado anterior (CA) y la corteza prelímbica (PC), ambos en la corteza prefrontal medial (mPFC).

Los investigadores continuaron buscando dónde surgen las señales, y probaron la contribución de la vía mPFC-NR. Los investigadores fueron capaces de demostrar que sin el aporte de mPFC través de NR, CA1 también pierde su código para la próxima elección de la trayectoria. Fueron capaces de confirmar esto mediante el bloqueo de la señalización en el NR, utilizando dos enfoques diferentes. Esto demuestra que el código necesita a mPFC y NR, como un coro necesita a su director.

"Planificar nuestro movimiento a una ubicación deseada requiere algo más que un mapa de dónde estamos", dice la profesora May-Britt Moser. "Tenemos que tener una idea de dónde estamos en este momento, y de dónde queremos ir, al mismo tiempo. Parece que las células implicadas en la navegación usan tanto pistas internas como externas para localizar puntos exactos, y por encima de todo hay un código de intensidad diferencial en el disparo que contiene información sobre el próximo movimiento ".

Moser explica que este patrón de intensidad parece estar bajo la dirección de la corteza prefrontal, un área del cerebro de los primates de la que se sabe que interviene en la toma de decisiones y la función ejecutiva.

"Creemos que estos resultados en conjunto sugieren que la nueva vía a cargo del movimiento previsto es crucial para que los animales elijan moverse a un lugar deseado del mapa", dice Moser. "Los datos también proporcionan evidencia del papel del tálamo en la comunicación a larga distancia entre las regiones corticales."

Referencia bibliográfica:

May-Britt Moser et al.: A prefrontal–thalamo–hippocampal circuit for goal-directed spatial navigation. Nature (2015). DOI: 10.1038/nature14396


Jueves, 28 de Mayo 2015
NTNU/T21
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